CN112764140B - 一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器 - Google Patents

一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器 Download PDF

Info

Publication number
CN112764140B
CN112764140B CN202110186251.3A CN202110186251A CN112764140B CN 112764140 B CN112764140 B CN 112764140B CN 202110186251 A CN202110186251 A CN 202110186251A CN 112764140 B CN112764140 B CN 112764140B
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
periodic structure
quasi
indium tin
tin oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110186251.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112764140A (zh
Inventor
路海
董超
刘洪超
张军
沈克胜
郑耘
董世青
张博
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan Normal University
Original Assignee
Henan Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan Normal University filed Critical Henan Normal University
Priority to CN202110186251.3A priority Critical patent/CN112764140B/zh
Publication of CN112764140A publication Critical patent/CN112764140A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112764140B publication Critical patent/CN112764140B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/003—Light absorbing elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器，该超材料吸收器由基片及镀制于基片上的准周期结构薄膜组成，所述准周期结构薄膜的膜系机构为：基底/BABABBABABBABBABABBAB/Air，其中A表示厚度为87nm的氧化铟锡薄膜，B表示厚度为220nm的氧化铪薄膜，该超材料吸收器在300‑1000nm的波长范围内实现高达96%的平均吸收率。本发明提出了一种基底无关且对应用环境具有良好适应性的吸收器，该吸收器在较宽的入射角以及不同偏振情况下依然能够保持宽带光谱吸收性能。

Description

一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器
技术领域
本发明属于光学薄膜技术领域，具体涉及一种基于非金属材料氧化铟锡（ITO）准周期结构的超材料吸收器。
背景技术
随着社会的发展，能源紧缺已经成为了人类当前面对的一个重大挑战，对太阳能等可再生能源的充分利用早已成为了人们研究的热门领域。早期关于超材料吸收器的研究很多，但是通常都是基于诸如金、银、铬、钛等金属制制备而成。这些基于金属的吸收器虽然能够显着增加光物质的相互作用，从而大大提高由等离子体效应引起的在某些光谱范围内的吸收增强，但是其同样存在着诸多弊端，比如难以形成连续光滑的薄膜；与标准半导体工艺的制造不兼容；较差的化学和热稳定性以及与基底（如硅和熔融石英）的粘合性较差等。
超材料吸收器在实际的生产应用中，除了高吸收的性能外，还应具有较强的环境适应性。比如太阳能吸收器随着一年四季的气候变化以及每天的日升到日落，良好的稳定性、角度和偏振不敏感等是保证吸收器高效的工作性能的必要条件。而基底无关的性能更是可以使吸收器具有更加灵活多变的实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供了一种具有良好吸收性能的基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器，因为这种吸收器所选择的均是非金属材料且只有平坦化的薄膜结构，所以该超材料吸收器对基底没有依赖性，无论是在硅基底还是玻璃基底上（甚至是柔性材料基底上）都能在整个太阳光谱（300-1000nm的波长范围内）实现高达96%的平均吸收率，最高吸收率更是超过了99%。而且本发明所设计的超材料吸收器更是为宽入射角和不同偏振光提供了有效的宽带吸收增强。
本发明为实现上述目的采用如下技术方案，一种基于非金属材料和准周期结构的超材料吸收器，其特征在于由基片及镀制于基片上的准周期结构薄膜组成，所述准周期结构薄膜的膜系机构为：基底/BABABBABABBABBABABBAB/Air，其中A表示厚度为87nm的氧化铟锡薄膜，B表示厚度为220nm的氧化铪薄膜，该超材料吸收器在300-1000nm的波长范围内实现高达96%的平均吸收率。
进一步限定，所述基片为硅基片或玻璃基片。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明提出了一种基底无关且对应用环境具有良好适应性的吸收器，该吸收器在较宽的入射角以及不同偏振情况下依然能够保持宽带光谱吸收性能。尤其是在300-1000nm的波长范围内实现高达96%的平均吸收率，且最高吸收率更是超过了99%。最重要的是在85%的湿度和85℃的环境下能够表现出良好的稳定性。
附图说明
图1是所设计的超材料吸收器的剖面结构示意图。
图2是基片（硅基片和玻璃基片）的吸收率曲线。
图3是以硅片和玻璃为基底的非金属宽带光吸收器的光谱吸收率曲线。
图4是所设计的非金属宽带光吸收器（这里以硅基片为例）在不同角度（15°、30°、45°和60°）和不同偏振（S偏振、P偏振和无偏振）入射光下的吸收率曲线。
图5是分别以硅片和玻璃为基底的非金属宽带光吸收器在85%的湿度和85℃的环境下经过0小时、48小时、96小时、120小时后的光谱吸收曲线。
图中：1-准周期结构薄膜，2-基片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步详细说明。
本发明的超材料吸收器具有较宽的光谱吸收范围（在300-2000nm的范围内均有明显吸收效果），尤其在300-1000nm的波长范围内实现高达96%的平均吸收率，且最高吸收率更是超过了99%。
设计之初，首先在所需光谱范围内选择合适的光学薄膜材料，考虑到金属薄膜的一些弊端，所以本设计最终选择ITO和HfO2两种薄膜材料，其中ITO 为吸收层。ITO和HfO2材料均采用电子束热蒸发，蒸发速率分别为2.5Å/S和2Å/S，同时在ITO的蒸发过程中保持30SCCM（标准毫升/分钟）的充氧速率。
本发明的基于非金属材料和准周期结构的超材料吸收器由基片2及镀制于基片2上的准周期结构薄膜1组成。本发明增透膜系为多层膜准周期膜系结构。膜系沉积过程中采用石英晶体监控，控制膜层厚度沉积误差，从而得到更加接近设计的结果。膜系结构通过膜系设计软件优化，得到宽带光谱吸收膜系的膜系结构为：
基底/BABABBABABBABBABABBAB/Air
其中，A为厚度87nm的氧化铟锡（ITO）薄膜，B为厚度220nm的氧化铪（HfO2）薄膜；基底则分别选择硅基片或玻璃基片两种材料的一英寸圆基片。
通过比较图2与图3可以看出，无论是硅基片还是玻璃基片，本发明所设计的吸收器膜系在300-1900nm的整个光谱范围内均有明显增强吸收的效果，尤其在300-1000nm的波长范围内更是实现了高达96%的平均吸收率，且最高吸收率更是超过了99%，所以本发明所设计的超材料吸收器明显具有不依赖于基底的宽带光谱吸收性能。从图4可以看出，本发明所设计的超材料吸收器在不同入射角度和不同偏振下均能保持较好的吸收性能。从图5中可以看出本发明所设计的吸收器在85%的湿度和85℃的环境下吸收性能变化不大，所以该发明所设计的超材料吸收器具有良好的化学和热稳定性。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (2)

1.一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器，其特征在于由基片及镀制于基片上的准周期结构薄膜组成，所述准周期结构薄膜的膜系机构为：基底/BABABBABABBABBABABBAB/Air，其中A表示厚度为87nm的氧化铟锡薄膜，B表示厚度为220nm的氧化铪薄膜，该超材料吸收器在300-1000nm的波长范围内实现高达96%的平均吸收率。
2.根据权利要求1所述的基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器，其特征在于：所述基片为硅基片或玻璃基片。
CN202110186251.3A 2021-02-17 2021-02-17 一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器 Active CN112764140B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110186251.3A CN112764140B (zh) 2021-02-17 2021-02-17 一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110186251.3A CN112764140B (zh) 2021-02-17 2021-02-17 一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112764140A CN112764140A (zh) 2021-05-07
CN112764140B true CN112764140B (zh) 2022-10-28

Family

ID=75703740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110186251.3A Active CN112764140B (zh) 2021-02-17 2021-02-17 一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112764140B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105895675A (zh) * 2016-06-08 2016-08-24 复旦大学 一种基于超材料的自旋电子学器件
CN106572624A (zh) * 2016-11-04 2017-04-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器
CN207908721U (zh) * 2018-01-26 2018-09-25 河南师范大学 硅晶圆上的一种低发射率红外增透膜

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6741586B2 (ja) * 2014-04-01 2020-08-19 トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド 色シフトのない多層構造
US20190296682A1 (en) * 2018-01-10 2019-09-26 The American University In Cairo Silicon based mid-ir super absorber using hyperbolic metamaterial

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105895675A (zh) * 2016-06-08 2016-08-24 复旦大学 一种基于超材料的自旋电子学器件
CN106572624A (zh) * 2016-11-04 2017-04-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 基于纳米盘阵列结构的光学超材料吸收器
CN207908721U (zh) * 2018-01-26 2018-09-25 河南师范大学 硅晶圆上的一种低发射率红外增透膜

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Optical Tamm states in hetero-structures with highly dispersive planar plasmonic metamaterials;Hai Lu et al.;《APPLIED PHYSICS LETTERS》;20130321;111909-1~111909-4 *
可见光多频超材料吸收器的制备工艺及性能的研究;马鹤立等;《功能材料》;20120415;第43卷(第7期);第884~887页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112764140A (zh) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108866483B (zh) 一种智能热控器件及其制备方法
US20120237670A1 (en) Fabricating method of solar cell
WO2020125438A1 (zh) 一种氧化钒复合薄膜及其制备方法
Sawicka-Chudy et al. Characteristics of TiO2, Cu2O, and TiO2/Cu2O thin films for application in PV devices
CN111574071B (zh) 一种高透过宽色系盖板玻璃的制备方法
CN112764140B (zh) 一种基于氧化铟锡准周期结构的超材料吸收器
Chiang et al. Deposition of high-transmittance ITO thin films on polycarbonate substrates for capacitive-touch applications
CN105448524A (zh) 银掺杂有机金属钙钛矿材料、太阳能电池及其制作方法
TW201914044A (zh) 太陽能電池及其製造方法
CN111690904A (zh) 一种耐高温减反光学膜及其制备方法和用途
CN115657190A (zh) 一种金属基底紫外宽带高反射滤光镜及制备方法
CN114924342A (zh) 一种选择性红外辐射隐身材料及其制备方法
CN205941960U (zh) 一种低成本太阳能薄膜反射镜材料
KR20140122326A (ko) 산화인듐을 이용한 ｃｉｇｓ 광흡수층 제조방법
Jin et al. Realization of high luminous transmittance and solar modulation ability by thermochromic VO2-based induced transmittance filter (ITF)
KR101328416B1 (ko) 투명 전극을 포함하는 반도체 소자, 및 투명 전극을 포함하는 반도체 소자 제조 방법
Cruz et al. Microstructural and optical properties of CSS and CBD-CdS thin films for photovoltaic solar cells
CN212410893U (zh) 一种薄膜
CN107164729B (zh) 一种TiO2构成的多层减反射自清洁薄膜及其制备方法
CN112327390A (zh) 基于复合材料的平板型激光分束膜及其设计方法
CN108430944A (zh) 增透膜及其制备方法
CN108251811A (zh) In2(SxSe1-x)3薄膜材料的制备方法
CN105047736B (zh) 一种铜铟镓硒薄膜太阳电池无镉缓冲层材料的制备方法
CN117572550A (zh) 一种基于gst准周期结构的多功能超材料吸收器
CN108183137B (zh) 用于晶硅异质结太阳电池的复合导电减反膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant